(57)【要約】  【課題】  軽量薄型であって、且つ、電極体で発生の熱を迅速に外方に伝達することができ、高い安全性と高い信頼性とを有する電池および感熱素子付き電池を提供する。    【解決手段】  ラミネート外装電池１は、正負両極板１１、１２がセパレータ１３を挟んで対向配置された電極体１０を有する。電極体１０は、ラミネート外装要素２０と金属外装要素３０とで構成される外装体の内部空間に収納されている。  外装体を構成する両外装要素２０、３０の内、金属外装要素３０は、例えばアルミニウムなどの金属材料から形成されたシート体であり、一方の主面が電極体１０に相対し、他方の主面が外方に露出された状態である。ラミネート外装要素２０と金属外装要素３０とは、外縁部において介挿されたシール樹脂４０により接合されている。  【選択図】  図１
2006244783.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
正極板と負極板とがセパレータを挟んで対向配置された電極体を有し、当該電極体がシート体から構成される外装体の内部空間に収納されてなる電池であって、
前記外装体は、その主面において、金属ラミネート材料から構成された第１領域と、電極体から外方への熱伝達特性が前記金属ラミネート材料よりも高い材料からなる第２領域とを含み、前記第２領域が前記電極体に相対して配されている
ことを特徴とする電池。
【請求項２】
前記第２領域は、前記シート体の厚み方向全域にわたって金属材料から構成されている
ことを特徴とする請求項１に記載の電池。
【請求項３】
前記第２領域においては、前記外装体の内面に対して前記電極体の外面が接触している
ことを特徴とする請求項１または２に記載の電池。
【請求項４】
前記外装体は、主面に前記電極体が収納可能な凹部が形成されてなるカップ状の第１要素と、前記第１要素に対して蓋体としての第２要素とからなり、
前記第１要素は、全体が第１領域に相当する構成となっており、
前記第２要素は、前記第１要素との接合代部分が前記第１領域に相当するとともに、当該部分を除く全ての部分が前記第２領域に相当する構成となっている
ことを特徴とする請求項１から３の何れかに記載の電池。
【請求項５】
正極板と負極板とがセパレータを挟んで対向配置された電極体が、シート体から構成される外装体の内部空間に収納されてなる素電池と、
前記素電池と外部機器との間の電力流通路中に介挿される感熱素子とを有する感熱素子付き電池であって、
前記素電池における外装体は、その主面において、金属ラミネート材料から構成された第１領域と、電極体から外方への熱伝達特性が前記金属ラミネート材料よりも高い材料からなる第２領域とを含み、前記第２領域が前記電極体に相対して配されており、
前記感熱素子は、素子外部の熱を感知する素子本体部と、当該素子本体部から延出されたリード部とを有し、
前記素子本体部は、前記外装体における第２領域の外方表面に対して近接または接触した状態で配されている
ことを特徴とする感熱素子付き電池。
【請求項６】
前記素電池において、前記外装体の前記第２領域は、前記シート体の厚み方向全域にわたって金属材料から構成されている
ことを特徴とする請求項５に記載の感熱素子付き電池。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、電池および感熱素子付き電池に関し、特に電池における外装体の構成に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、携帯電話などの携帯機器の普及に伴い、これらの電力源としての電池、特に繰り返し充放電が可能な２次電池が広く使われるようになってきている。２次電池の中でも、軽量で且つ高エネルギ密度という優位性を有するリチウムポリマー電池が多く使われている。携帯機器の電力源として用いられるリチウムポリマー電池では、その軽量薄型化や製造の容易性確保等の観点から金属ラミネートシート材料からなる外装体を有する。ここで、金属ラミネートシートとは、例えばアルミニウム（Ａｌ）などの金属層の両主面を樹脂層で挟みこみ一体化されたシート体である。このように外装体を金属ラミネート材料で構成することにより、軽量な電池を得ることができるとともに、外装体を形成するのに際してその外周部を熱溶着するだけでよいので製造工程の簡略化も図られる。
【０００３】
また、リチウムポリマー電池では、充放電時における耐性などを考慮して、例えば温度ヒューズ素子などの感熱素子が取り付けられる。
ところで、外装体として用いられる金属ラミネートシートは、従来の円筒型電池などの外装体として用いられていた金属板などに比べて熱伝導性が低いため、外装体内方に収納された電極体の温度変化を迅速且つ的確に感熱素子で感知しにくいという問題を有する。これに対して、例えば、リチウムポリマー電池におけるタブに感熱素子を接合し、感熱素子の熱検知性能の向上を図ろうとする技術などが提案されている（特許文献１を参照）。このように外装体から延出されているタブに直接感熱素子のリードを接合することで、電極体で生じた熱は、電池のタブおよび素子のリードを介して伝達されることになる。この提案の技術では、このようなタブおよびリードを介した熱伝達を利用して、感熱素子の熱検知性能の向上を図ろうとしている。
【特許文献１】特開２００３−３０８８８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記特許文献１で提案されている技術では、電極体での発熱と感熱素子での熱検知とのタイムラグが存在し、電池の保護という観点から不充分であるといえる。また、仮に電池の保護を確実に図ろうとする場合には、より低い温度で安全機能が発揮される感熱素子を用いておく必要があり、電池性能を十分に引き出せないという問題を生じることになる。
【０００５】
また、上記特許文献１をはじめとする従来の電池では、金属材料に比べて熱伝達性が低い金属ラミネートシート材料を用いているので、電極体で生じた熱が外部に逃げ難く、極板などの劣化という観点からも問題を残す。特に、電池に対してより一層の高容量化が求められる現状では、大きな問題となることも考えられる。
本発明は、上記のような問題を解決しようとなされたものであって、軽量薄型であって、且つ、電極体で発生の熱を迅速に外方に伝達することができ、高い安全性と高い安定性とを有する電池および感熱素子付き電池を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、本発明は、次の構成を採用する。
本発明に係る電池は、正極板と負極板とがセパレータを挟んで対向配置された電極体を有し、当該電極体がシート体から構成される外装体の内部空間に収納されてなる構成を有するものであって、外装体は、その主面において、金属ラミネート材料から構成された第１領域と、電極体から外方への熱伝達特性が金属ラミネート材料よりも高い材料からなる第２領域とを含み、第２領域が前記電極体に相対して配されていることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明に係る感熱素子付き電池は、正極板と負極板とがセパレータを挟んで対向配置された電極体が、シート体から構成される外装体の内部空間に収納されてなる素電池と、素電池と外部機器との間の電力流通路中に介挿される感熱素子とを有する構成のものであって、素電池における外装体は、その主面において、金属ラミネート材料から構成された第１領域と、電極体から外方への熱伝達特性が金属ラミネート材料よりも高い材料からなる第２領域とを含み、第２領域が電極体に相対して配され、感熱素子は、素子外部の熱を感知する素子本体部と当該素子本体部から延出されたリード部とを有し、素子本体部は、外装体における第２領域の外方表面に対して近接または接触した状態で配されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
本発明に係る電池および感熱素子付き電池の素電池は、その外装体において、金属ラミネート材料からなる第１領域と、金属ラミネート材料よりも高い熱伝達性能を有する材料からなる第２領域とを含み、第２領域における内側主面が収納される電極体に相対する状態であることを主たる特徴としている。これより、本発明に係る電池および素電池では、電池に対する充放電時などにおいて電極体で発生する熱が高効率に第２領域を通して、外装体の外方へと伝達される。そして、本発明に係る電池では、外装体の第１領域を金属ラミネート材料から構成することとしているので、電池の製造において、外周部を熱溶着することで電極体を封止し得る外装体を形成することができる。このため、本発明に係る電池では、簡易な製造方法で得られる。
【０００９】
また、本発明に係る感熱素子付き電池では、金属ラミネート材料よりも熱伝達性能が高い材料からなる第２領域に対して感熱素子の素子本体部を接触または近接した状態で配置しているので、上記特許文献１などに代表される従来の電池に比べて、電極体の熱変動を迅速に感熱素子で感知させることができる。
また、本発明に係る電池および素電池では、外装体から迅速且つ高効率に電極体の熱が外部に放出されることになるので、電極体の劣化が抑制され、電池の安定性という観点から優れている。
【００１０】
さらに、本発明に係る電池および感熱素子付き電池では、外装体をシート体で形成しているので、従来の電池と同等の重量および外観サイズを維持でき、また、製造時における容易性についても従来のラミネート外装電池と同等である。
従って、本発明に係る電池および感熱素子付き電池は、軽量薄型であって、且つ、電極体で発生の熱を迅速に外方に伝達することができ、高い安全性と高い安定性とを有する。
【００１１】
本発明に係る電池および感熱素子付き電池では、第２領域の厚み方向全域を構成する材料として、金属材料を採用することができる。
また、本発明に係る電池および感熱素子付き電池では、第２領域において、外装体の内面に対して電極体の外面を接触させておくことが熱伝達性能という観点から望ましい。
また、本発明に係る電池および感熱素子付き電池では、具体的な外装体の構成として、主面に電極体が収納可能な凹部が形成されてなるカップ状の第１要素と、第１要素に対して蓋体としての第２要素とからなる構成のものを採用し、この内の第１要素の全体が上記第１領域に相当する構成を有するものとし、第２要素が、第１要素との接合代部分が第１領域に相当するとともに、この接合代部分を除く全ての部分が第２領域に相当する構成を有するものとすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下では、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参酌しながら説明する。なお、以下の説明で用いる形態は、本発明の構成的特徴およびそれにより奏される作用効果を分かり易く説明するために一例とするものであって、本発明は、これに限定を受けるものではなく、上述のような発明の主たる特徴部分以外の構成等を適宜変更した種々のバリエーションを採用することが可能である。
（実施の形態１）
１．電池構成
先ず、本実施の形態に係るラミネート外装電池１の構成について、図１を用いて説明する。図１は、ラミネート外装電池１の構成を説明するための展開斜視図である。
【００１３】
図１に示すように、ラミネート外装電池１は、電極体１０を有しており、この電極体１０が２つの外装要素２０、３０で形成される内部空間に収納された構成を有する。電極体１０は、正負極板１１、１２がその間にセパレータ１３を挟んだ状態で対向配置され、当該対向配置状態で巻回され構成されている。また、電極体１０には、巻回軸方向の一方に向けて正負両極のタブ１４、１５が延出され、外装体の封止部分に相当する箇所にタブ樹脂１６、１７が各々取り付けられている。
【００１４】
外装体を構成するラミネート外装要素２０は、電極体１０が収納可能な凹部２０ａが設けられ、これを取り巻くように外縁部２０ｂが設けられている。ラミネート外装要素２０は、図１の下側拡大部分に示すように、４層構造の金属ラミネートシート材料から構成されている。具体的には、ラミネート外装要素２０を構成するシート体は、Ａｌからなる金属層２１と、この一方の主面を被覆する樹脂層２２と、もう一方の主面を被覆する接着層２３および樹脂層２４とから形成されている。
【００１５】
一方、外装体を構成するもう一方の金属外装要素３０は、薄い金属シートから構成されており、図１の上側拡大部分に示すように、ラミネート外装要素２０のように樹脂層による被覆はなされていない。具体的な金属材料としては、ステンレス（ＳＵＳ）などを用いることができる。ラミネート外装要素２０と金属外装要素３０とは、互いの外縁部分で接合されるのであるが、その封止性を確保するのに、間にリング状のシール樹脂４０を介挿させる。ラミネート外装要素２０と金属外装要素３０との接合は、シール樹脂４０を介挿させた状態で接合部分を加熱し熱溶着を以って実施する。なお、シール樹脂４０は、例えば、変性ポリプロピレン（ＣＰＰ）から構成されている。
【００１６】
２．温度ヒューズ１００の取り付け形態
次に、上記のように構成されているラミネート外装電池１に対して、感熱素子としての温度ヒューズ１００の取り付け形態について、図２を用いて説明する。図２は、ラミネート外装電池１を金属外装要素３０の側から見た斜視図である。
図２に示すように、本実施の形態では、ラミネート外装電池１に対してそのタブ１４に直接温度ヒューズ１００を取り付けている。温度ヒューズ１００は、素子の本体となる素子本体部１０１とその両端部から延出された素子リード１０２、１０３とを有する。図２の拡大部分に示すように、温度ヒューズ１００は、一方の素子リード１０２がラミネート外装電池１の一方のタブ１４に接合されている。そして、図２の全体図に示すように、温度ヒューズ１００は、タブ１４を略１８０°折り曲げることでラミネート外装電池１の金属外装要素３０の主面に近接した位置に素子本体部１０１が配されている。
【００１７】
図２の拡大部分に示すように、本実施の形態に係るラミネート外装電池１では、電極体１０の一方の主面が金属外装要素３０の内側主面に近接あるいは接触した状態（望ましくは、接触状態）となっている。これより、上記の状態で配された温度ヒューズ１００は、その素子本体部１０１が金属外装要素３０を間に介して電極体１０と近接した状態となっている。
【００１８】
３．ラミネート外装電池１が有する優位性
上述のように、本実施の形態に係るラミネート外装電池１では、従来の電池のように外装体全体を金属ラミネートで構成するのではなく、外装体の一部を金属材料からなる金属外装要素３０で構成している。金属外装要素３０の構成に用いる金属材料は、通常電池の外装体として用いられる金属ラミネート材料における樹脂層２２、２４に比べて２〜３桁高い熱伝導率を有する。このため、金属外装要素３０は、ラミネート外装要素２０に比べて電極体１０で生じた熱を外部へ放出し易い。このため、本実施の形態に係るラミネート外装電池１では、発熱による極板１１、１２あるいは電解液などの劣化が抑制され、品質の安定性が高い。
【００１９】
また、本実施の形態に係るラミネート外装電池１では、ラミネート外装要素２０と金属外装要素３０との間へのシール樹脂４０の介挿により確実な封止性を確保することができ、電池性能という観点から従来のラミネート外装電池と同等である。また、ラミネート外装電池１は、重量およびサイズの両面でも従来のラミネート外装電池と同等の優位性を有する。そして、本実施の形態に係るラミネート外装電池１は、その製造に係る工数などが従来比で増加することがなく、製造の容易性という観点からも優れている。
【００２０】
図２に示すように、本実施の形態に係るラミネート外装電池１に温度ヒューズ１００などのの感熱素子を取り付けた場合には、電極体１０で生じた熱が金属外装要素３０を介した状態で温度ヒューズ１００の素子本体部１０１に伝達されることになる。このため、本実施の形態では、従来のラミネート外装電池のように金属ラミネートシートを介することによる熱伝達性能の低さという問題を生じることがなく、電極体１０で生じた熱が迅速に感熱素子に伝達される。このため、本実施の形態に係る感熱素子付き電池では、電極体１０の熱変動に対して、迅速且つ確実に感熱素子（本実施の形態では、温度ヒューズ１００。）が感知することができる。これより、本実施の形態に係る感熱素子付き電池は、電池性能を犠牲にすることなく高い安全性が得られる。
【００２１】
なお、本実施の形態に係るラミネート外装電池１では、外装体を構成する一要素に金属外装要素３０を用いているが、封止部分ではシール樹脂４０が介挿されており、タブ１４、１５の横断部分における金属外装要素３０との電気的な絶縁性は確実に確保されている。また、図示を省略しているが、本実施の形態では、タブ樹脂１６、１７に３層構造のものを採用しており、その積層方向の中間に位置する層を高融点タイプの樹脂材料としているので、この点からも本実施の形態に係るラミネート外装電池１の内部短絡を生じることはない。
【００２２】
４．優位性の確認
以下では、本実施の形態に係るラミネート外装電池１およびこれに温度ヒューズ１００を取り付けた感熱素子付き電池の優位性の確認結果について説明する。
４−１．実施例１
図１に示す実施の形態１に係るラミネート外装電池１を用いた。外装体を構成するラミネート外装要素２０および金属外装要素３０の構成材料およびサイズは、次の通りとした。
（１）ラミネート外装要素２０
金属ラミネートシートの総厚み：１１３μｍ
全体サイズ：５７ｍｍＷ×６７ｍｍＬ
金属層２１：Ａｌ（厚み：４０μｍ）
樹脂層２２：ＣＰＰ（厚み：４５μｍ）
接着層２３：ウレタン系材料（厚み：３μｍ）
樹脂層２４：ナイロン（厚み：２５μｍ）
凹部２０ａサイズ：５０．９ｍｍＷ×６３．５ｍｍＬ×３．２ｍｍＨ
なお、本実施例１に係るラミネート外装電池は、リチウムポリマー電池であって、１Ｉｔ＝１４００ｍＡｈとした。
（２）金属外装要素３０
サイズ：５７ｍｍＷ×６７ｍｍＬ×０．１ｍｍＴ
電極体１０との対向サイズ：４７．２ｍｍＷ×５９ｍｍＬ
構成材料：ＳＵＳ３０１
４−２．実施例２
実施例１に係るラミネート外装電池１を用いて、図２の構成で感熱素子付き電池を作成した。なお、感熱素子としての温度ヒューズ１００については、素子本体部１０１が金属外装要素３０の外側主面に対して接触する状態に配置した。また、温度ヒューズには、作動温度が９２℃のものを用いた。
【００２３】
４−３．比較例１
比較例１に係るラミネート外装電池は、外装体全体を金属ラミネートシートから構成し、外装体の構成材料以外については、サイズを含め上記実施例１に係るラミネート外装電池と同様とした。なお、比較例１に係るラミネート外装電池の外装体を構成する金属ラミネートシートについては、上記実施例１のラミネート外装電池のラミネート外装要素２０と同一とした。
【００２４】
４−４．比較例２
実施例２と同様の構成で比較例１に係るラミネート外装電池を用いて、感熱素子付き電池を作製した。
４−５．評価１
実施例１および比較例１に係る各ラミネート外装電池に対して、１．２Ｉｔの過充電を実施し、このときの各々の電池における最高温度を測定し、その結果を表１に示す。
【００２５】
【表１】
2006244783.tif 000003
表１に示すように、実施例１に係るラミネート外装電池では、１．２Ｉｔの条件での過充電試験での最高温度が１３３℃であったのに対して、比較例１に係るラミネート外装電池では、１４２℃であった。この結果より、外装体の一部領域を金属外装要素３０である実施例１に係るラミネート外装電池では、電極体１０で生じた熱が高効率に且つ迅速に電池外方へと放出されたことが分かる。よって、実施例１に係るラミネート外装電池では、過充電の場合にも比較例１に比べてその温度上昇が少なく、安定した電池品質が維持されると考えられる。
【００２６】
４−６．評価２
実施例２および比較例２に係る感熱素子付き電池に対して、１．２Ｉｔ、１．４Ｉｔの２条件で過充電を実施し、温度ヒューズが作動するまでの時間をそれぞれ測定した。その結果を、表２に示す。
【００２７】
【表２】
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表２に示すように、実施例２に係る感熱素子付き電池では、温度ヒューズが作動するまでに要した時間が比較例２に係る感熱素子付き電池に比べて５〜７ｍｉｎ．短かった。この結果より、実施例２に係る感熱素子付き電池の温度ヒューズは、電極体１０の温度変動に対して高い追従性をもっており、電池の安全性という観点から優位であることが分かる。
（実施の形態２）
以下では、実施の形態２に係るラミネート外装電池２について、図３を用いて説明する。なお、図３では、上記実施の形態１に係るラミネート外装電池１と同一の構成を有している部分については、同一符号を付し、以下での説明を省略する。
【００２８】
図３に示すように、本実施の形態に係るラミネート外装電池２は、外装体５０の構成が上記ラミネート外装電池１とは相違する。本実施の形態に係るラミネート外装電池２の外装体５０は、凹部５０ａが形成され金属ラミネートシートからなるカップ成形領域５０ｃと、金属層５１が単体で存在する平板領域５０ｄとが一体になっているところにある。換言すると、外装体５０は、平板領域５０ｄにおいて、金属ラミネートシートにおける金属層５１だけを残して樹脂層５２、５４および接着層５３が除去された状態で構成されている。
【００２９】
平板領域５０ｄを折り返してカップ成形領域５０ｃとの間で接合する際には、上記実施の形態と同様に、間に接合用としてのシール樹脂６０が介挿される。
本実施の形態に係るラミネート外装電池２は、外装体５０の一部領域（平板領域５０ｄ）が金属材料で構成され、その領域５０ｄにおいては、厚み方向の全域にわたって金属層５１が存在している。このため、本実施の形態に係るラミネート外装電池２においても、上記実施の形態１と同様の優位性を有する。
【００３０】
また、本実施の形態に係るラミネート外装電池２では、金属ラミネートシートからなるカップ成形領域５０ｃと金属層５１からなる平板領域５０ｄとが一体に構成されているので、電池製造の段階において、部品の管理や製造上の容易性という優位性を有する。
（その他の事項）
上記実施の形態１、２は、本発明の一例を示すものであって、本発明はこれらの構成に限定を受けるものではない。例えば、上記実施の形態１、２では、電池種類としてリチウムポリマー電池を採用することとしたが、他の種類の電池に対しても適用が可能である。また、外装体に金属ラミネートシートが用いられる電池およびそれに類するものに対しても本発明は適用が可能である。
【００３１】
また、上記実施の形態１、２では、電極体１０で生じた熱の放出性能を考慮して外装体の一方の主面全体が金属材料からなるという構成を採用したが、感熱素子を取り付ける場合の熱感知性能という観点からは、素子の本体部が近接する一部分だけを金属材料から構成することとしてもよい。
また、上記実施の形態１、２では、外装体の構成要素の内、金属ラミネートシートよりも熱伝導率が高い材料としてＳＵＳ３０１などの金属材料を適用したが、本発明は、金属材料以外を採用することも可能である。例えば、セラミックス材料などを採用することも可能である。
【００３２】
また、上記実施の形態１では、図２に示すようにラミネート外装電池１における一方のタブ１４に対して温度ヒューズ１００の一方の素子リードを直接接合することとしたが、基板上に感熱素子を実装し、これを金属外装要素３０の主面に接触または近接する状態で配置することとしてもよい。そして、感熱素子としては、温度ヒューズ１００以外にも、ＰＴＣ（Ｐｏｓｉｔｉｖｅ  Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔ）素子などの他の種類の素子を適用することもできる。
【００３３】
また、ラミネート外装電池１の金属外装要素３０と感熱素子の素子本体部との間を、シリコーン樹脂などを用いて接合し、熱結合を図ることとすることもできる。
さらに、上記実施の形態１、２などで用いた各寸法や材料などについても、適宜の変更が可能である。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、携帯機器などに用いられ、小型軽量化とともに高い安全性と高い品質安定性との両立が求められるラミネート外装電池およびこれを素電池として温度ヒューズなどの感熱素子が取り付けられた電池を実現するのに有効である。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】実施の形態１に係るラミネート外装電池１の展開斜視図である。
【図２】ラミネート外装電池１を素電池とし、これに温度ヒューズ１００を取り付けた感熱素子付き電池の外観斜視図である。
【図３】実施の形態２に係るラミネート外装電池２の展開斜視図である。
【符号の説明】
【００３６】
１、２．ラミネート外装電池
１０．電極体
１１、１２．極板
１３．セパレータ
１４、１５．タブ
１６、１７．タブ樹脂
２０．ラミネート外装要素
２１、５１．金属層
２２、２４、５２、５４．樹脂層
２３、５３．接着層
３０．金属外装要素
４０、６０．シール樹脂
５０．外装体
１００．温度ヒューズ
１０１．素子本体部
１０２、１０３．素子リード
【図１】
2006244783.tif 000005
【図２】
2006244783.tif 000006
【図３】
2006244783.tif 000007